Lefolyás kialakulása - hogyan válik a csapadék kifolyóvá SpringerLink
Összegzés
4.1 Alapelvek és főbb befolyásoló tényezők
4.2 A lefolyást befolyásoló csapadékmennyiség meghatározása
Tekintettel a számos befolyásoló tényezőre, a csapadék lefolyási részének pontos előrejelzése még a legjobb modellekkel sem lehetséges. Annak érdekében, hogy kezelhető erőfeszítéssel megbecsülhessük a tervezési kérdések mentesítési reakcióját, jelentősen egyszerűsített eljárásokat hoztak létre. Ezek alapvető mechanizmusokra korlátozódnak, és sok folyamat dinamikáját kizárják.
A könyv középpontjában a legmagasabb kibocsátási csúcs kiszámítása áll, mivel itt fordulnak elő a legmagasabb vízszintek, és az áradások csökkentésére irányuló intézkedéseket általában a vízszint csökkentésének lehetőségeivel mérik. Mivel kis területeken a legnagyobb a lefolyási arány általában rövid, nagy intenzitású esőzések során fordul elő, az eljárást itt elsősorban az ilyen esetekre írjuk le. Az eljárás más kérdésekre is alkalmazható; de akkor más esőzéseket kell figyelembe venni. Sok kérdés inkább az áramlás térfogatára vonatkozik, mint az áramlási sebességre, pl. B. Ami a víztestek oldott foszfáttal való szennyezését illeti, vagy az a kérdés, hogy mennyi víz veszik el a mezőgazdasági területről, és ez hiányzik a hozamok kialakulásához. A maximális lefolyási sebességgel szemben minél több csapadék hull, annál nagyobb a lefolyási térfogat. Ezért ezekben az esetekben a hosszan tartó csapadék fontosabb, mint a rövid, nagy intenzitású csapadék. A CN-modell ezen alkalmazásait az alábbiakban is tárgyaljuk, bár sokkal rövidebb módon.
4.3 A lefutási görbe számának eljárása
Az egyes események kibocsátásának előrejelzésére szolgáló CN-módszert az Amerikai Talajvédelmi Intézet (SCS) nyerte el a 20. század első felében az Egyesült Államok kicsi, mezőgazdasági vízgyűjtő területein. Itt a módszer leírása után bemutatunk egy alkalmazási példát, és továbbfejlesztett modellparamétereket mutatunk be, amelyek javítják a kibocsátási előrejelzést német éghajlati és mezőgazdasági körülmények között. A módszer lehetővé teszi számos befolyás figyelembe vételét. A normál tervezési esethez gyakran elegendő az Eq. 4.1 és 4.2, valamint a 4.2 táblázat értékeit kell használni. A speciális jellemzők figyelembevételéhez azonban további egyenleteket adunk meg. Az eljárásról további részletek találhatók az [5, 6].
A lehetséges kisülési arányok tartománya a teljes ürítéstől a kisülés teljes hiányáig terjed. Az első esethez 100-as KN-értéket rendelünk. Szinte ez a helyzet a lezárt felületekkel, de a nyílt vizekkel is. A második esetben, ha végtelen hosszú eső esetén sincs lefolyás, vagyis a terület megtartása végtelenül nagy, CN = 0 (ez csak a tengerek esetében van). Minden lehetőség a két szélsőséges eset, CN = 0 és CN = 100 között található.
Megjegyzés: A legtöbb publikáció ennek az egyenletnek az eredményét Q-nak nevezi, nem pedig Neff-nek. A Neff-et itt használjuk a következetesség érdekében. A Q a vízgyűjtő terület teljes hullámának fenntartására (hullámtérfogat) van fenntartva, amely a Neff szorzatából származik az AEZG vízgyűjtő területtel (2.4. Egyenlet), és ezért ugyanazt a rövidítést használják ugyanazon paraméterhez a Lutz módszerben, mint a CN módszerben.
A lefolyás csak akkor következik be, amikor a csapadék meghaladja a maximális lehetséges visszatartás 20% -át (a módszer egyes változataiban 20% helyett 5% -ot használnak, pl. [16]). A növekvő csapadék mennyiségével a még nem töltött retenció egyre kisebb hányada kimerül, így a maximális S retenciót ezután elérjük a végtelenben.
CN-értékek (görbe száma) a talaj víztározójának átlagos ürítésével (CNII) különböző talajhasználatokhoz és hidrológiai talajcsoportokhoz (a [17] szerint módosítva). A táblázat csak alacsony éves ciklusú földhasználatra ajánlott (nyílt vízterületek, erdő, gyep, különböző sűrűségű települési területek), míg a szántóföldi növények esetében a 4.3. Ábra egyenletét kell használni. A téli alacsony talajnedvességszintet akkor is figyelembe kell venni, ha a területet alacsony éves ciklus mellett használják. A hidrológiai talajcsoporttal kapcsolatos megjegyzések a 8.6. Függelékben találhatók
Dörfl. Település, külső település
a Például szántott területek vagy magágyak, mielőtt legalább 10% -os fedést elérnének
b kukorica, cukorrépa, burgonya, napraforgó és széles bab; A komló és a spárga hidrológiai hatását szintén úgy kezelik, mint a soros növényeket; nagy lefolyási tendencia fordul elő különösen széles sortávolság mellett (szélsőséges esetben spárga 1,2 m-rel, de hagyományosan termesztett kukoricával is), késői növekedéssel (extrém esetben megint spárgával, de hagyományos kukoricával is) és talajtömörítéssel nehéz betakarító gépekkel (különösen silókukoricával, cukorrépával, burgonyával) és hígtrágya tartályhajók. Ezenkívül nagy a tendencia a lefolyásra, különösen a létesítési szakaszban (kevesebb mint 50% talajtakaró)
c Búza, árpa, zab, rozs, tönköly, tritikálé, de repce és hajdina is; A gabona nagymértékben hajlamos a lefolyásra, különösen a nagy betakarítási súlyú sorvetések után (különösen a silókukorica, a cukorrépa, a burgonya esetében). Közepes lefolyási tendenciára kell számítani a második gabonaévben. Ezenkívül nagy a tendencia a lefolyásra, különösen a létesítési szakaszban (a talajtakaró kevesebb mint 50% -a). Különösen alacsony lefolyási tendencia következik be évekkel a többéves szántóföldi takarmány (pl. Lóhere) után. Különösen az ökológiai gazdálkodás esetében van ez így
d Az értékek eltérnek a szokásos táblázatoktól. Követik [18]. A magasabb számok a létesítés évében, az alacsonyabbak a következő évben érvényesek. Ha a telepítést nem vetőágy-előkészítéssel, hanem alvetéssel hajtják végre, az első évben közbenső értékeket kell alkalmazni
e Erdők és erdők kígyós erdei utakkal, amelyek teherautóval vezethetők
f Erdők és erdők hagyományos erdei utakkal
g Erdőszerű, többszintű erdők alacsony (erdő) útsűrűséggel
h Homok-, kavics- és kőbányászat, de építési területek is
A közepes páratartalomra érvényes CNII-érték adaptálása az eltérő páratartalmi viszonyokhoz
Az M paraméter a talaj pórustöltésének százalékos arányát jelenti, M = 0 teljesen száraz talaj esetén, M = 100 pedig teljesen telített talaj esetében. Mindkét eset gyakorlatilag nem fordul elő a természetben. A talajok általában csak a tartós hervadási pont (ekkor feltételezhető, hogy M 15) és a terepi kapacitás (M akkor 85 körüli) között változhatnak.
Hosszú távú átlagos éghajlati vízmérleg (KWB) egy dél-németországi helyszínen (átlagos éves csapadékmennyiség 850 mm a −1; átlagos potenciális párolgás 630 mm a −1); csak májusban és augusztusban kb. 40 mm-t vesznek el a hasznos terepi kapacitásból. 80 mm hasznos terepi kapacitású közepes padló esetén az az állapot, amelyre a 4.1. Táblázatban felsorolt értékek érvényesek. Ezzel szemben novemberben és áprilisban a magas talajnedvesség miatt felárat kell előírni a CN-értékekre
A talajtakaró hatása a 75 permetezési kísérletben mért CN-értékekre, körülbelül 65 mm csapadékkal, különböző helyeken és különböző növényeknél (mindegyik átalakult C hidrológiai talajcsoportba; soros növények cukorrépa és kukorica; betakarított növények különböző típusú gabona és repce) A magas talajnedvességgel való kapcsolat számított változása (a téli hónapokban a terepi kapacitáshoz közel) szaggatott vonalakkal jelenik meg. Az adatok innen származnak: [20, 21, 22, 23]
Az egyenlet a C hidrológiai talajcsoportra vonatkozik. Az A, B és D talajcsoportokba történő átvitelhez az Eqs. 4,5 - egyenlő 4.7. A Gl. A 4.4-et könnyebb kezelni, mint a 4.1-es táblázatot, mivel nem kell különbséget tenni a magas és alacsony lefutási tendenciákkal rendelkező idők (és kultúrák) között. A széles sortávolságot vagy a vegetáció fejlődésének korai szakaszát, amelyek mindkettő felelős lehet a magas lefolyási hajlamért, a fedés egyenlően és megfelelően fedi. Ennek a kapcsolatnak a validálása kicsi eső esetén, esőben szüneteltetéssel esőben, esőben az előző heves esőzéstől sáros talajfelületen és természetes esőben a 8.10. Függelékben található. .
A különböző szántóföldi növények havi CN-értékei német termesztési körülmények között, valamint a legelők, erdők, települések és forgalmi területek havi CN-értékei a C hidrológiai talajcsoport esetében. A táblázat figyelembe veszi a vegetáció fejlődésének éves ciklusát, és adott esetben az ugarfázisokat. A májustól szeptemberig (attól függően, hogy a különböző növények vegetációja milyen mértékben változik) az átlagos nedvességviszonyokat feltételezzük, és az Eq. 4,4 használt. Novembertől márciusig azt feltételeztük, hogy a talaj nedvessége megközelíti a hasznos mezőképességet, és a CN értékeket a 4.1. Ábra szerint korrigálták. A köztes értékeket az április és október közötti hónapokra használtuk. A szántóföldi növények talajtakarásának éves ciklusát [24] -ből és [25] -ből vettük. Az egyértelműség kedvéért több kultúrát (pl. Különböző típusú téli gabonafélék) és földhasználatokat (pl. Legelő, erdők, települések és forgalmi területek különböző formái) csoportosítottak, és szükség esetén meg kell különböztetni.
a Főleg tavaszi búza, tavaszi árpa és zab
b Főleg őszi búza, őszi árpa, őszi rozs, tritikálé, de repce is
c hagyományos művelés; Jelentős csökkenés a mulcsvetésben és különösen a közvetlen mulcsvetésben (lásd 4.3. Ábra)
A KN-értékek átlagos éves ciklusa, Bajorország földhasználat-eloszlása alapján (vonal). Összehasonlításképpen, 1174 CN értéket mutatunk be (szimbólumok), amelyeket a bajorországi 22 vízgyűjtő terület 12–170 km 2 területméretéből számítottak.
Az irodalomban csak néhány olyan eset van, amikor a CN-értékeket a lefedettség szerint differenciálják. Másrészt gyakran alkalmazzák a nedvességkorrekciót, bár nedves területeken erre valójában csak a téli időszakban lenne szükség, vagy olyan körülmények között, amikor a talaj nedvességtartalma a terepi kapacitáshoz közeli értékekre nő. A nedvesség-korrekció gyakori alkalmazása egyrészt annak a ténynek köszönhető, hogy a földhasználatról gyakran nincs elegendő adat, ezért csak nagyon általános módon veszik figyelembe. Másrészt a talajnedvesség, bár nagyon leegyszerűsítve, kizárólag meteorológiai adatok alapján becsülhető meg, még akkor is, ha nem állnak rendelkezésre pontos információk a talaj pórusméret-összetételéről és a pórustöltés százalékáról. Ez tehát egyszerűbb megoldásnak tűnik, mint a földhasználati adatok idő szerinti differenciálása. A második ok még fontosabb a páratartalom-korrekció széles körű alkalmazása szempontjából. A páratartalom-korrekció viszonylag egyszerűnek és elfogadhatónak tűnik a gyakran előforduló adathibák kiküszöbölésére. Ezt egy kis példával kell szemléltetni:
A 4.2. Táblázat nyilvánvalóan erősen megkülönbözteti a szántóföldi növényeket, más földhasználatokban pedig alig. Csak nyilvánvalóan ez a helyzet, mivel a különféle szántóföldi növények éves ciklusai sokkal jobban eltérnek, mint például a különböző gyepek vagy erdőtípusok éves ciklusai. A gyepek és az erdők esetében csak az átlagos körülményeket vették figyelembe, de a 4.1. Táblázattal együtt más ciklusok esetén is könnyen generálható éves ciklus. Az erdők és az alpesi talaj/növényzet egységek közötti további megkülönböztetés érdekében hivatkozunk [27] -re, amelyek azonban nem mutatnak CN-értékeket, és elsősorban a talaj, tehát közvetett módon a hidrológiai talajcsoport szerint differenciálódnak.
A szántóföldi növények esetében viszont inkább differenciálásra lenne szükség, mivel például az őszi gabona típusú őszi árpa és az őszi búza növekedésében jelentősen eltér egymástól, különösen késő ősztől tavaszig. A termesztés különféle formái között sincs különbség. Ezt az alábbiakban részletesebben tárgyaljuk. Ezért egyedi esetekben szükség lehet a 4.2. Táblázat bővítésére. A legtöbb esetben, amikor számos felhasználás és felhasználási változat fordul elő a vízgyűjtőn, és a pontos feltételek gyakran nem ismertek, a 4.2. Táblázatot kellően meg kell különböztetni.
Másodszor, ez az eltérés alapja pl. Bizonyos esetekben az a tény, hogy az erdőkben az elfolyás erősen késik, ezért alacsony csúccsal folyik. Ezt azonban figyelembe veszik a lefolyás koncentrációjában, és nem jelenti azt, hogy a lefolyás kicsi. Ezt mutatják a [28] által végzett részletes vizsgálatok is: A tényleges beszivárgás és az új talajvíz képződés az erdő alatt szinte csak gerinceken és túlnyúlásokon következett be, míg a középső lejtőkön lassan áramló köztes lefolyás dominált. A nedves alsó lejtőkön a telítettségi felületi lefolyás dominált. Az alacsonyabb lejtők voltak tehát elsősorban a (gyors) árvíz lefolyásáért felelősek. A lassan áramló köztes lefolyás és a gyors telítettségi felszíni lefolyás összességében a bejövő csapadék 53% -a évente lefolyásként hagyta el a [28] modell lejtését, ami még az erdőkben is magas lefolyási potenciált bizonyít. A [28] adatainak részletesebb elemzése és a 4.2. Táblázatban ajánlott értékekkel való összehasonlítás a 8.10. Függelékben található.